壳核型量子点的合成及其生物应用

论文摘要

壳核型量子点（QD）作为一种新奇的荧光标记物,是纳米生物光子学重要的新型工具。与传统有机荧光染料相比,量子点具有宽的激发谱、发射峰窄而对称、较大的Stokes位移、抗光漂白性强、且亮度是有机染料的数十倍甚至更多,在生物成像和分析中的应用正逐年增多,包括在细胞标记、生物分子检测、免疫反应分析等方面,都取得了许多重要成果。时至今日,壳核型结构的纳米荧光颗粒量子点合成日趋成熟,为节约成本,独立研发量子点合成方法也是一项很重要的工作,使得量子点作为一种全新的荧光标记物,在生物医学诊断领域得到了广泛的应用。本论文主要工作是研发出具有实用价值的量子点,同时也研究了其光学性质、表面化学、生物活性以及生物应用等。论文完成的工作如下:1.合成了具有不同尺寸的ZnS包被的CdSe量子点,通过改变加入Se/TOP溶液的量以及反应时间来实现对量子点荧光发射峰位置的控制,该发射峰位置可在510-630nm波段之间任意调节。并注入S/TOP溶液,而引入ZnS包被层到CdSe纳米晶粒表面,ZnS层的形成大大提高了量子点的量子产率,这对生物检测和成像提供强有力的工具。2.发现用于生物探针的水溶性壳核型量子点荧光具有较强的温度依赖性,随着温度从280K升高到348K时,荧光强度急剧降低,而荧光发射峰位置也随之红移（0.11nm/K）。实验表明,包壳未完全的QD对温度更加敏感,其量子产率在295K时降为280K的一半,而包壳完全的QD则需到315.6K,说明壳的完整性是QD对温度具有敏感性的一个重要原因。同时,还发现不同尺寸的QD对温度的敏感度是基本相同的。这些研究为QD在生命科学中的应用提供了依据。3.研究了水溶性量子点物化性质,并利用EDC和Sulfo-NHS将鼠源抗CD71单克隆抗体（McAb anti-CD71）和转铁蛋白（transferrin）分别连接到红色CdSe/ZnS量子点上,并利用荧光法、层析法、SDS-PAGE电泳和圆二色谱等对偶联物进行表征,结果证实这些生物分子成功偶联到QDs上,且结构未受破坏。在此基础上,利用这两种量子点荧光探针对肿瘤细胞进行了识别,为避免假阳性,又利用FITC标记的二抗对这种识别进行检测,结果证实,我们得到的量子点荧光探针具有很高的特异性。这一工作为QD在生命科学中的推广使用具有重要的指导意义。4.在获得具有生物活性的量子点探针后,又利用614nm的红色QDs偶联的单克隆鼠抗人CD71抗体作为一抗对HeLa细胞进行了标记识别,接下来又利用544nm的绿色QDs标记的羊抗鼠IgG作为二抗与细胞表面固定的一抗结合。监测荧光光谱可发现,544nm处的荧光逐渐减弱而614nm处的峰逐渐增强,4min不再变化后,其中544nm处的荧光峰降低了55%而614nm处的峰增强了32%。这表明上述细胞膜上一抗标记的红色QDs与二抗标记的绿色QDs之间发生了荧光共振能量转移（FRET）效应。对照实验中,利用544nm的绿色QDs标记的羊抗人IgG未观察到类似现象发生。该FRET效应提高了一抗与抗原免疫结合分析的灵敏度和可靠性,为高特异性地细胞识别提供了一种简便可靠的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 生命科学的新领域——纳米生物光子学
• 1.2 量子点的发现及其意义
• 1.3 量子点的发光机制
• 1.4 量子点的结构及其尺寸
• 1.5 量子点的光学性质
• 1.6 量子点的合成及其存在的问题
• 1.7 量子点水溶性表面修饰及其探针的制备
• 1.8 量子点生物应用研究进展
• 1.9 论文的出发点和主要工作
• 2 壳核型半导体量子点ZnS@ CdSe 的合成
• 2.1 引言
• 2.2 壳核型量子点设计方案的提出
• 2.3 材料的选取
• 2.4 合成方案设计
• 2.5 反应装置的组装
• 2.6 试剂与仪器
• 2.7 实验操作
• 2.8 壳核型ZnS@ CdSe 量子点物性表征
• 2.9 结果与讨论
• 2.10 小结
• 3 水溶性量子点荧光的温度依赖性研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 小结
• 4 量子点探针制备及其肿瘤细胞标记
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.3 结果及讨论
• 4.4 小结
• 5 量子点生物应用
• 5.1 引言
• 5.2 材料与实验
• 5.3 结果与讨论
• 5.4 小结
• 6 全文总结
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 论文的特色与创新之处
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表论文目录
• 附录2 主要缩写词表